(57)【要約】【課題】  アンテナ利得を殆ど減少させることなく給電素子の数を減少させたアレーアンテナを提供する。【解決手段】  このアレーアンテナは、反射板（図示省略）と６つの放射素子、即ち、電気信号源６から電波エネルギが供給される給電素子２を２つと、電気信号源６から電波エネルギが供給されない無給電素子４を４つ備えている。給電素子に供給される電波エネルギであるマイクロ波の波長がλの場合に、２つの給電素子２は、反射板の反射面と略平行な同一平面上において、略０．７５λを隔てて配置されている。また、無給電素子４は、給電素子２を挟む位置に給電素子２から略０．６５λを隔てて配置されているため、各給電素子２からの放射波の位相と各無給電素子４からの再放射波の位相とが一致し、６つの放射素子が給電素子の場合と略同等のアンテナ利得が得られる。【選択図】  図１
2006237781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の放射素子と、反射板とを備え、該複数の放射素子が前記反射板の反射面と略平行な同一平面上に配置されているアレーアンテナであって、
前記複数の放射素子は、給電端に給電線が接続された給電素子と、前記給電端を短絡又は開放させた無給電素子とを含み、前記給電素子を挟む位置に前記無給電素子が配置され、前記複数の放射素子の各々から放射される放射波及び再放射波が同一位相であることを特徴とするアレーアンテナ。
【請求項２】
前記給電素子と、前記無給電素子との間隔が、前記給電素子に供給されるマイクロ波の波長がλである場合に、略０．６５λであることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ。
【請求項３】
前記給電素子を少なくとも２つ備え、前記給電素子の間隔が略０．７５λであることを特徴とする請求項２記載のアレーアンテナ。
【請求項４】
複数の放射素子と、反射板とを備え、該複数の放射素子が前記反射板の反射面と略平行な同一平面上に配置されているアレーアンテナであって、
前記複数の放射素子は、給電端に給電線が接続された偏波共用給電素子と、前記給電端を短絡又は開放させた偏波共用無給電素子とを含み、前記偏波共用給電素子及び偏波共用無給電素子が回転対称に配置され、前記複数の放射素子の各々から放射される放射波及び再放射波が同一位相であることを特徴とするアレーアンテナ。
【請求項５】
少なくとも２つの前記偏波共用給電素子と、少なくとも２つの前記偏波共用無給電素子とを備え、
前記偏波共用給電素子及び前記偏波共用無給電素子のそれぞれを、前記偏波共用給電素子に供給されるマイクロ波の波長がλである場合に、一辺の長さが略０．６２λの正方形の相対する２頂角上に配置することを特徴とする請求項４記載のアレーアンテナ。
【請求項６】
前記放射素子と前記反射板とが、前記放射素子の略電界中性点において、導体性材料を備える支持体により、前記反射板に対して略垂直に接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか一項に記載のアレーアンテナ。
【請求項７】
前記放射素子は、半波長ダイポールアンテナであることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に記載のアレーアンテナ。
【請求項８】
前記放射素子は、平面アンテナであることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に記載のアレーアンテナ。
【請求項９】
前記放射素子は、ループアンテナであることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に記載のアレーアンテナ。
【請求項１０】
前記放射素子は、ヘリカルアンテナであることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に記載のアレーアンテナ。
【請求項１１】
前記放射素子は、開口面アンテナであることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に記載のアレーアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、同一構造を有するアンテナ（放射素子）を複数個配置することによって構成されるアレーアンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の放射素子を配置することによって構成されたアレーアンテナにおいては、略全ての放射素子に給電線を介して電波エネルギが供給されている。即ち、アンテナ特性の劣化を招くグレーディングローブの発生を抑えるべく意図的に給電端を整合終端させている放射素子（シニング）を除いて、全ての放射素子に電波エネルギが供給されている。従って、放射素子の数が多いアレーアンテナでは、放射素子の励振や給電線の配線（給電回路）が複雑になるため、電波エネルギの給電が行われない放射素子（無給電素子）を所定の位置に配置することにより、アンテナ利得を低減させることなく給電回路を簡略化することが提案されている（例えば、非特許文献１及び非特許文献２参照）。
【０００３】
なお、無給電のアンテナとして、特定小電力無線局等のように給電線を有しない無線機の通信範囲を拡張するために使用する無給電アンテナ、例えば、ホイップアンテナ等の無給電アンテナが提案されている（特許文献１参照）。また、プリント基板の表面に複数の平行配置スリットが形成されており、複数の平行配置スリットの内の所望のスリットが給電スリットであり、残余のスリットが無給電スリットとなっているスロットアンテナが提案されている（特許文献２参照）。
【０００４】
【非特許文献１】加茂  紀征、菅原  章、高野  忠、「半波長素子近傍にある無給電素子を強く励振するための配置法」、電子情報通信学会総合大会、２００３年３月３日、Ｂ−１−１８７、Ｐ．１８７
【非特許文献２】加茂  紀征、菅原  章、高野  忠、「無給電素子を有する半波長素子アレーの最適化手法」、電子情報通信学会通信ソサエティ大会、２００３年９月１０日、Ｂ−１−８０、Ｐ．８０
【特許文献１】特開２０００−２１６６２８号公報
【特許文献２】特開２００２−３３００２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述の特許文献１記載の無給電アンテナは、放射インピーダンスの影響を低減させ無線機が備えるアンテナと無給電アンテナとの結合損失を少なくすることによって、無線機における通信範囲を拡張するものである。即ち、無線機のアンテナと無給電アンテナとを電磁気的に結合させることによって、アンテナの合成利得を最大化することを目的とするものではない。また、上述の特許文献２記載のスロットアンテナは、プリント基板と導体板との間隔により放射波及び再放射波の位相を一致させており、無給電スリットと給電スリットとの配置により放射波及び再放射波の位相を一致させるものではない。
【０００６】
更に、上述の非特許文献１及び非特許文献２に記載のアレーアンテナにおいては、４つの放射素子の内、２つの放射素子を給電素子とし、他の２つの放射素子を無給電素子とした場合の最適な配置を示している。上述の配置によれば、給電回路を簡略化することができると共に無給電素子を用いた場合でも給電素子のみを用いた場合と略同等の利得を得ることができるが、給電素子の数をより減少させることが望ましい。また、上述の非特許文献１及び非特許文献２に記載のアレーアンテナにおいては、直交する偏波で使用するため、アレーアンテナを９０度回転させた場合に、給電素子と無給電素子との位置関係が変化してしまう。従って、アレーアンテナを円偏波あるいは独立な２偏波により共用で使用する際に放射素子の配置が複雑になると共に、その場合に所望の特性を得ることが困難になる可能性が高い。
【０００７】
この発明の課題は、アンテナの利得を減少させることなく放射素子として無給電素子を用い、かつ、実用的なアレーアンテナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載のアレーアンテナは、複数の放射素子と、反射板とを備え、該複数の放射素子が前記反射板の反射面と略平行な同一平面上に配置されているアレーアンテナであって、前記複数の放射素子は、給電端に給電線が接続された給電素子と、前記給電端を短絡又は開放させた無給電素子とを含み、前記給電素子を挟む位置に前記無給電素子が配置され、前記複数の放射素子の各々から放射される放射波及び再放射波が同一位相であることを特徴とする。
【０００９】
また、この請求項２記載のアレーアンテナは、前記給電素子と、前記無給電素子との間隔が、前記給電素子に供給されるマイクロ波の波長がλである場合に、略０．６５λであることを特徴とする。
【００１０】
この請求項１及び請求項２記載のアレーアンテナによれば、給電素子を挟む位置に無給電素子を配置し、例えば、給電素子と無給電素子との間隔を略０．６５λとしている。即ち、給電素子から放射される放射波の位相と無給電素子から放射される再放射波の位相とが同一位相となるように給電素子と無給電素子とを配置している。従って、少なくとも３つの放射素子の内、１つの放射素子に電波エネルギを供給することによって３つの放射素子全てが給電素子の場合と略同等のアンテナ利得を得ることができる。また、シニングを用いる場合と異なり、給電端を短絡又は開放させた放射素子を無給電素子としているため、無給電素子の負荷により電力が消費されることを防止できる。
【００１１】
また、この請求項３記載のアレーアンテナは、前記給電素子を少なくとも２つ備え、前記給電素子の間隔が略０．７５λであることを特徴とする。
【００１２】
この請求項３記載のアレーアンテナによれば、給電素子を挟む位置に無給電素子を配置したアレーアンテナの最小単位（放射素子ユニット）を２つ用いてアレーアンテナが構成されている。この場合に、給電素子の間隔を略０．７５λとすると共に、給電素子と無給電素子との間を略０．６５λとして各放射素子を配置することによって、放射波の位相と再放射波の位相とを一致させ、６つの放射素子全てが給電素子の場合と略同等のアンテナ利得を得ることができる。
【００１３】
また、請求項４記載のアレーアンテナは、複数の放射素子と、反射板とを備え、該複数の放射素子が前記反射板の反射面と略平行な同一平面上に配置されているアレーアンテナであって、前記複数の放射素子は、給電端に給電線が接続された偏波共用給電素子と、前記給電端を短絡又は開放させた偏波共用無給電素子とを含み、前記偏波共用給電素子及び偏波共用無給電素子が回転対称に配置され、前記複数の放射素子の各々から放射される放射波及び再放射波が同一位相であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５記載のアレーアンテナは、少なくとも２つの前記偏波共用給電素子と、少なくとも２つの前記偏波共用無給電素子とを備え、前記偏波共用給電素子及び前記偏波共用無給電素子のそれぞれを、前記偏波共用給電素子に供給されるマイクロ波の波長がλである場合に、一辺の長さが略０．６２λの正方形の相対する２頂角上に配置することを特徴とする。
【００１５】
この請求項４及び請求項５記載のアレーアンテナによれば、偏波共用給電素子と、偏波共用無給電素子とを回転対称に、例えば、一辺の長さが略０．６２λの正方形の相対する２頂角上に配置している。即ち、偏波共用給電素子から放射される放射波の位相と偏波共用無給電素子から放射される再放射波の位相とが同一位相となるように、偏波共用給電素子と偏波共用無給電素子とを回転対称に配置している。従って、アレーアンテナを９０度回転させた場合であっても、偏波共用給電素子と偏波共用無給電素子との位置関係が変わらないため、反射板の反射面と略平行な平面において、１つの放射素子ユニットを中心として上下左右の方向に偏波共用給電素子と偏波共用無給電素子により構成される放射素子ユニットを配置することによって、容易にアレーアンテナの規模を拡大することができる。
【００１６】
また、請求項６記載のアレーアンテナは、前記放射素子と前記反射板とが、前記放射素子の略電界中性点において、導体性材料を備える支持体により、前記反射板に対して略垂直に接続されていることを特徴とする。この請求項６記載のアレーアンテナによれば、従来、放射素子と反射板との接続に用いられていた絶縁体、例えば、発泡材に替えて導電性材料を備える支持体を用いることができる。即ち、この発明のアレーアンテナにおいては、導電性材料、例えば、金属材料を備える支持体を用いた場合であっても放射素子の放射特性が変わらないため、外部環境での耐久性が低い発泡材に替えて外部環境における耐久性が高い導電性材料を備える支持体を用いることができる。
【００１７】
また、この請求項７記載のアレーアンテナは、前記放射素子が半波長ダイポールアンテナであることを特徴とする。また、請求項８記載のアレーアンテナは、前記放射素子が平面アンテナであることを特徴とする。また、請求項９記載のアレーアンテナは、前記放射素子がループアンテナであることを特徴とする。また、請求項１０記載のアレーアンテナは、前記放射素子がヘリカルアンテナであることを特徴とする。また、請求項１１記載のアレーアンテナは、前記放射素子が開口面アンテナであることを特徴とする。
【００１８】
これらの請求項７〜請求項１１記載のアレーアンテナによれば、半波長ダイポールアンテナ、平面アンテナ、ループアンテナ、ヘリカルアンテナ及び開口面アンテナを放射素子として用いることができる。従って、使用環境や使用対象等に対応した適切な放射素子を用いたアレーアンテナを提供することができる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明に係るアレーアンテナによれば、給電素子を挟む位置に無給電素子を配置し、放射波及び再放射波の位相を一致させている。従って、アレーアンテナのアンテナ利得を殆ど低減させることなく給電素子の数を全放射素子の１／３に低減させることができ、従来のアレーアンテナに比べて給電回路をより一層簡略化し、アレーアンテナの製造コストを低減させることができる。
【００２０】
また、この発明に係るアレーアンテナによれば、偏波共用給電素子及び偏波共用無給電素子を回転対称に配置し、放射波及び再放射波の位相を同一にしている。従って、アレーアンテナを９０度回転させた場合であっても、偏波共用給電素子と偏波共用無給電素子との位置関係が変わらない。そのため、偏波共用給電素子と偏波共用無給電素子とにより構成される放射素子ユニットを複数用いてアレーアンテナを構成する場合において、アンテナ形状に関する自由度を高くすることができる。また、一つの放射素子ユニットを中心とした場合に、反射板と平行な平面における上下左右の方向に放射素子ユニットを配置することによってアレーアンテナの規模を拡大することができ、所望の大きさを有するアレーアンテナを容易に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態に係るアレーアンテナについて説明する。なお、以下においては、放射素子として半波長ダイポールアンテナを用いる場合を例として説明する。
【００２２】
図１は、この発明の第１の実施の形態に係るアレーアンテナの一例を示す図である。なお、図１においては、アレーアンテナを構成する最小単位、即ち、１つの給電素子と２つの無給電素子により構成される放射素子ユニットを、２つ用いた場合のアレーアンテナを示している。このアレーアンテナは、６つの放射素子、電気信号源６及び反射板１０（図２参照）を備え、６つの放射素子の内、２つの放射素子が給電素子２であり、他の４つの放射素子が無給電素子４である。給電素子２及び無給電素子４は、図２に示すように、反射板１０に銅等の導電性材料を備える支持体１２により接続され、反射板１０の反射面と略平行な同一平面上に位置するように配置されている。なお、図２においては、無給電素子４が反射板１０に支持体１２により接続されている場合を示しているが、給電素子２も無給電素子４と同様に支持体１２及び図示しないバラン（平衡不平衡変換器）を介して反射板１０に接続されている。
【００２３】
ここで、給電素子２とは、電気信号源６から給電端（図示省略）に接続された給電線８を介して電波エネルギが供給される放射素子であり、無給電素子４とは、給電端が短絡又は開放されており、電気信号源６からの電波エネルギが供給されない放射素子である。なお、図１においては図示を省略しているが、電気信号源６と給電素子２との間には電波エネルギの増幅器が挿入されている。
【００２４】
また、給電素子２及び無給電素子４の長さは、電気信号源６から供給される電波エネルギの波長に基づいて決定される。即ち、電気信号源６から供給される電波エネルギであるマイクロ波の波長がλである場合には、給電素子２及び無給電素子４として、１／２λの長さを有する半波長ダイポールアンテナが放射素子として用いられる。従って、例えば、電気信号源６の周波数を２ＧＨｚとした場合には、給電素子２及び無給電素子４の長さは７５ｍｍになる。
【００２５】
給電素子２及び無給電素子４は、図１に示すように、２つの給電素子２は、各給電素子２の中点からの距離２Ｓを隔てて配置されており、各給電素子２を挟む位置に無給電素子４が給電素子２から距離ｄを隔ててそれぞれ配置されている。即ち、給電素子２は、図１に示すＸＹＺ座標系においてＹ軸と平行に距離２Ｓを隔てて配置され、各給電素子２を中心とした＋Ｘ方向及び−Ｘ方向に各々距離ｄを隔てて無給電素子４が配置されている。なお、給電素子２は、距離２Ｓが略０．７５λの距離を隔てて配置されている。具体的には、２Ｓ＝０．７５λ±１０％の距離、好ましくは、２Ｓ＝０．７５λ±３％の距離を隔てて配置されている。また、無給電素子４は、距離ｄが略０．６５λの距離を隔てて配置されている。具体的には、ｄ＝０．６５λ±１０％の距離、好ましくは、ｄ＝０．６５λ±３％の距離を隔ててそれぞれ配置されている。
【００２６】
図１に示すアレーアンテナにおいては、６つの放射素子の内、２つが給電素子２であり、４つが無給電素子４となっているが、６つの放射素子全てが給電素子の場合と略同等のアンテナ利得を得ることができる。即ち、無給電素子４には、電気信号源６からの電波エネルギは供給されていないが、給電素子２から放射される放射波により電波エネルギが供給され、周囲に配置されている給電素子２と電磁気的に強く結合する。そして、無給電素子４においても、給電素子２から供給された電波エネルギに基づいて電流が励起され、励起された電流により生じる電波が放射（再放射波）される。ここで、アレーアンテナを構成する放射素子が、図１に示すように配置されているため、給電素子２から放射される電波（放射波）の位相と、無給電素子４から放射される電波（再放射波）の位相とが一致する。従って、給電素子２と無給電素子４とを電磁気的に強く結合させると共に、放射波と再放射波とを同一位相とすることによってアンテナの合成利得を向上させ、６つの放射素子全てに電気信号源６からの電波エネルギが供給されている場合と略同等のアンテナ利得を得ることができる。
【００２７】
ここで、アレーアンテナを形成する放射素子について、任意に選択された放射素子を給電素子とし、他の放射素子を無給電素子としたり、給電素子と無給電素子とを任意の間隔で配置したりした等の場合には、全ての放射素子に電気信号源からの電波エネルギを供給している場合と略同等のアンテナ利得を得ることはできない。即ち、このような場合には、放射波と再放射波との位相が不一致となり、放射波と再放射波とが互いに打ち消し合うことによってアンテナ利得が低下する。
【００２８】
図３は、この発明の第１の実施の形態に係るアレーアンテナの利得を示す図である。図３においては、横軸を距離ｄ、縦軸をアンテナ利得とし、２Ｓ＝０．７５λの場合に、図１に示す給電素子２と無給電素子４との間の距離ｄに応じてアンテナ利得がどのように変化するかを示している。アンテナ利得は、図３に示すように、ｄ＝０．６５λとなっている場合に最も高い値、約１０．０［ｄＢｉ］を示しており、２Ｓ＝０．７５λ、ｄ＝０．６５λが最適値であることが解る。なお、同一条件下において全ての放射素子を給電素子とした場合のアレーアンテナのアンテナ利得は１０．０［ｄＢｉ］である。
【００２９】
この発明の第１の実施の形態に係るアレーアンテナによれば、６つの放射素子の内、２つの放射素子を給電素子とし、４つの放射素子を無給電素子としている。即ち、アレーアンテナを構成する放射素子の内、１／３の放射素子にのみ電気信号源から電波エネルギを供給することによって、全ての放射素子に電気信号源から電波エネルギを供給している場合と略同等のアンテナ利得を得ることができる。
【００３０】
また、この発明の第１の実施の形態に係るアレーアンテナによれば、従来提案されているように（非特許文献１及び非特許文献２参照）、４つの放射素子の内２つの放射素子を無給電素子とする場合に比べて、無給電素子の数を更に増やすことができる。即ち、アレーアンテナを構成する放射素子の内、１／３の放射素子にのみ電気信号源から電波エネルギを供給すればよいため、アレーアンテナを構成する給電素子の数を一層減少させ、無給電素子の数を増やすことができる。従って、給電回路をより一層簡略化することができると共に、高い利得が得られるアレーアンテナを更に低コストで製造することができる。
【００３１】
なお、上述の第１の実施の形態に係るアレーアンテナにおいては、６つの放射素子の内２つの給電素子が略０．７５λの間隔で配置され、各給電素子を挟む位置にそれぞれ無給電素子が配置されている場合を例としているが、３つの放射素子を用いて（１つの放射素子ユニットを用いて）アレーアンテナを構成してもよい。このような小型のアレーアンテナは、例えば、室内データ通信用のワイヤレスＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）用アンテナ等に用いることができる。この場合にも、３つの放射素子のうち、１つの放射素子のみを給電素子とすることによって、３つの放射素子に電波エネルギを供給している場合と略同等のアンテナ利得を得ることができる。
【００３２】
次に、この発明の第２の実施の形態に係るアレーアンテナについて説明する。図４は、この発明の第２の実施の形態に係るアレーアンテナの一例を示す図である。なお、図４においては、アレーアンテナを構成する最小単位を示している。また、第１の実施の形態に係るアレーアンテナと同一の構成については同一の符号を用い、詳細な説明を省略する。
【００３３】
図４に示すアレーアンテナは、４つの放射素子（偏波共用素子）、電気信号源６及び反射板１０（図２参照）を備えており、４つの放射素子の内、２つの放射素子が偏波共用給電素子２０であり、他の２つの放射素子が偏波共用無給電素子２２である。また、偏波共用給電素子２０及び偏波共用無給電素子２２は、上述の第１の実施の形態に係るアレーアンテナと同様に、導電性材料を備える支持体１２により反射板１０に接続され、反射板１０の反射面と略平行な同一平面上に位置するように配置されている（図２参照）。
【００３４】
ここで、図４に示すように、偏波共用給電素子２０は、クロスダイポールアンテナ、即ち、半波長ダイポールアンテナである２つの放射素子２０ａ、２０ｂを中点で交差させることによって構成されている。また、偏波共用無給電素子２２も、偏波共用給電素子２０と同様に、クロスダイポールアンテナである二つの放射素子２２ａ、２２ｂを中点で交差させることによって構成されている。各偏波共用素子を構成する放射素子のうち、放射素子２０ａ、２２ａは水平偏波の電波を、放射素子２０ｂ、２２ｂは垂直偏波の電波を放射する。各偏波は独立に情報（信号）を伝送し、図４に示す電気信号源６ａ、６ｂを用いて、２つの独立な情報を伝送することができる。また、電気信号源６ａ、６ｂとで同一周波数の電波を用いると共に、電波の位相差を９０度とすることによって、各放射素子から放射され合成された電波を円偏波として用いることができる。
【００３５】
また、クロスダイポールアンテナを構成する半波長ダイポールアンテナの長さは、上述の第１の実施の形態に係るアレーアンテナの場合と同様に、電気信号源６から供給される電波エネルギであるマイクロ波の波長により決定される。即ち、電気信号源６から供給されるマイクロ波の波長がλである場合には、１／２λの長さを有する半波長ダイポールアンテナを用いて構成されたクロスダイポールアンテナが放射素子として用いられる。
【００３６】
偏波共用給電素子２０及び偏波共用無給電素子２２は、図４に示すように、２つの偏波共用給電素子２０が対角線上に位置するように１辺の長さが２Ｓの正方形の２頂角上に配置され、同様に２つの偏波共用無給電素子２２が対角線上に位置するように正方形の２頂角上に配置され、回転対称に配置されている。ここで、４つの放射素子により形成される正方形の１辺の長さ２Ｓは、偏波共用給電素子２０の中心から偏波共用無給電素子２２の中心までの距離であり、略０．６２λである。即ち、正方形の１辺の長さ２Ｓは、２Ｓ＝０．６２λ±１０％、好ましくは、２Ｓ＝０．６２λ±３％である。
【００３７】
図４に示すアレーアンテナにおいては、４つの放射素子の内、２つが偏波共用給電素子２０であり、他の２つが偏波共用無給電素子２２となっているが、４つの放射素子全てが偏波共用給電素子の場合と略同等のアンテナ利得を得ることができる。即ち、図４に示すように偏波共用給電素子２０及び偏波共用無給電素子２２を配置することによって、偏波共用給電素子２０と偏波共用無給電素子２２とを電磁気的に強く結合させると共に、放射波と再放射波との位相を同一位相にしアンテナの合成利得を向上させているため、４つの放射素子全てに電気信号源６からの電波エネルギが供給されている場合と略同等のアンテナ利得を得ることができる。なお、４つの放射素子を図４に示すように配置した場合であっても、４つの放射素子により形成される正方形の１辺の長さ２Ｓが所定の値でなければ、上述の第１の実施の形態に係るアレーアンテナの場合と同様に、全ての放射素子に電気信号源から電波エネルギが供給されている場合と略同等のアンテナ利得を得ることはできない。
【００３８】
図５は、この第２の実施の形態に係るアレーアンテナのアンテナ利得を示す図である。図５においては、横軸を２Ｓ、縦軸をアンテナ利得とし、図４に示すアレーアンテナの１辺の長さ２Ｓに応じてアンテナ利得がどのように変化するかを示している。アンテナ利得は、図５に示すように、２Ｓ＝０．６２λとなっている場合に最も高い値、約７．８［ｄＢｉ］を示している。なお、同一条件下において全ての放射素子を給電素子とした場合のアレーアンテナのアンテナ利得は８．２［ｄＢｉ］であり、図４に示すアレーアンテナは、全ての放射素子を給電素子とした場合と略同等のアンテナ利得を示している。
【００３９】
この発明の第２の実施の形態に係るアレーアンテナによれば、２つの偏波共用給電素子と２つの偏波共用無給電素子のそれぞれを、正方形の相対する２頂角上に配置している。即ち、２つの偏波共用給電素子と２つの偏波共用無給電素子とが回転対称に配置されることによってアレーアンテナが構成されているため、アレーアンテナを９０度回転させた場合であっても、偏波共用給電素子と偏波共用無給電素子との位置関係を維持することができる。従って、反射板の反射面と略平行な平面上において、１つのアレーアンテナの上下左右方向に他のアレーアンテナを配置していくことによって、アレーアンテナの大きさを四方に広げることができ、スケールの大きい偏波共用のアレーアンテナを容易に形成することができる。
【００４０】
また、上述の実施の形態に係るアレーアンテナによれば、導電性材料を備える支持体により反射板と放射素子（無給電素子）とが接続されている。即ち、一般的なアレーアンテナにおいては、無給電素子も給電素子と同じように、バラン（平衡不平衡変換器）を介して同軸線に接続し、該同軸線を反射板の裏面まで導いて負荷を接続していた。また、反射板上の放射素子が配置される位置に窪み等を形成し、形成された窪みに絶縁性材料である発泡材等を配置して、配置された発泡材の上に放射素子を載置したりしていた。ここで、発泡材は、例えば、紫外線等の影響により劣化し厚さが変化等するため、特に外部環境に設置されているアレーアンテナを構成する放射素子の支持体には適していない。上述の実施の形態に係るアレーアンテナによれば、放射素子上の電界中性点、例えば、半波長ダイポールアンテナの場合には中点と反射板との間には反射板に垂直な電界が存在せず、金属のような導電性材料を備える支持体を用いて無給電素子と反射板とを直接接続した場合であっても電磁界分布が変化しないため、放射特性が変化しない。従って、外部環境に適した支持体を用いて放射素子を反射板に接続し、外部環境に適した適切なアレーアンテナを容易に形成することができる。
【００４１】
また、上述の実施の形態に係るアレーアンテナにおいては、給電素子の数を減少させることができるため、給電回路の構成を簡易にすることができると共に、電気信号源と給電素子の間に挿入される増幅器の数を減少させることができる。従って、アレーアンテナの重量を軽減することができ、アレーアンテナを設置する際の作業効率の向上や設置可能範囲の拡大及びコストの低減を実現することができる。
【００４２】
なお、上述の実施の形態に係るアレーアンテナにおいては、放射素子として半波長ダイポールアンテナを用いた場合を例として説明したが、その他のアンテナを放射素子として用いてもよい。例えば、平面アンテナ、ループアンテナ、ヘリカルアンテナ及び開口面アンテナを放射素子として用いてもよい。以下に各種アンテナを用いたアレーアンテナの例を示す。
【００４３】
図６は、平面アンテナを放射素子として用いたアレーアンテナの一例を模式的に示した図である。放射素子として平面アンテナを用いた場合、水平偏波と垂直偏波とを単一のアンテナを用いて実現することができる。即ち、図７に示すように、給電素子２０の給電点３０ａに電気信号源６ａからのマイクロ波を供給した場合には、図７において３０ｂで示すｘ軸方向（水平方向）の電界を有する電波（水平偏波）が放射される。同様に、給電点３０ｃに電気信号源６ｂからのマイクロ波を供給した場合には、図７において３０ｄで示すｙ軸方向（垂直方向）の電界を有する電波（垂直偏波）が放射されるため、１つの平面アンテナを用いて偏波共用給電素子を形成することができる。なお、図６に示す無給電素子２２としては、図７に示す給電点３０ａ、３０ｂを短絡させた平面アンテナを用いる。
【００４４】
また、図６においては、上述の第２の実施の形態に係るアレーアンテナの場合と同様に偏波共用アンテナである平面アンテナを偏波共用給電素子２０及び偏波共用無給電素子２２として配置しているが、上述の第１の実施の形態に係るアレーアンテナの場合と同様に給電素子及び無給電素子を配置してもよい。
【００４５】
図８は、ループアンテナを放射素子として用いたアレーアンテナの一例を模式的に示した図である。ここで、図８においては、放射素子の配置位置を示すために、偏波共用給電素子２０及び偏波共用無給電素子２２を模式的に示している。即ち、ループアンテナは、２つのループアンテナを組み合わせることによって偏波共用アンテナとして用いられるため、偏波共用のアレーアンテナを構成する場合には、２つのループアンテナを組み合わせた偏波共用アンテナが放射素子として図７に示すように配置される。例えば、ループの長さが１波長である２つのループアンテナを、図９（ａ）に示すように組み合わせ、放射素子２０ａの給電点３０ｃに電気信号源６ｂからのマイクロ波を供給し、放射素子２０ｂの給電点３０ａに電気信号源６ａからのマイクロ波を供給して、水平偏波及び垂直偏波を放射する偏波共用給電素子を形成する。なお、図８に示す無給電素子２２としては、図９（ｂ）に示すように、給電点が開放された２つの放射素子を組み合わせたものが用いられる。また、給電点が開放された１つの放射素子を無給電素子２２として用いてもよい。
【００４６】
また、図８においては、上述の第２の実施の形態に係るアレーアンテナの場合と同様に偏波共用給電素子２０及び偏波共用無給電素子２２を配置しているが、上述の第１の実施の形態に係るアレーアンテナの場合と同様に給電素子及び無給電素子を配置してもよい。
【００４７】
図１０は、ヘリカルアンテナを放射素子として用いたアレーアンテナの一例を模式的に示した図である。図１０（ａ）は、ヘリカルアンテナを用いたアレーアンテナの上面図であり、図１０（ｂ）は、ヘリカルアンテナの側面図である。ここで、図１０においては、放射素子の配置位置を示すために、偏波共用給電素子２０及び偏波共用無給電素子２２を模式的に示している。即ち、ヘリカルアンテナは、２つのヘリカルアンテナを組み合わせることによって偏波共用アンテナとして用いられるため、偏波共用のアレーアンテナを構成する場合には、２つのヘリカルアンテナを組み合わせた偏波共用アンテナが放射素子として図１０に示すように配置される。例えば、図１１に示すように右旋回の放射素子（右旋放射素子）２０ａと、左旋回の放射素子（左旋放射素子）２０ｂとを巻き枠に巻き付ける。そして、右旋放射素子２０ａに給電点３０ａを介して電気信号源６ａからのマイクロ波を供給し、左旋放射素子２０ｂに給電点３０ｃを介して電気信号源６ｂからのマイクロ波を供給することによって、右旋の円偏波と左旋の円偏波とを放射する偏波共用給電素子を形成する。なお、図１０に示す無給電素子２２としては、図１１に示す給電点３０ａ、３０ｂを短絡又は開放させた放射素子が用いられる。
【００４８】
また、図１０においては、上述の第２の実施の形態に係るアレーアンテナの場合と同様に偏波共用給電素子２０及び偏波共用無給電素子２２を配置しているが、上述の第１の実施の形態に係るアレーアンテナの場合と同様に給電素子及び無給電素子を配置してもよい。
【００４９】
図１２は、開口面アンテナを放射素子として用いたアレーアンテナの一例を模式的に示した図である。図１２は、偏波共用アンテナである開口面アンテナを用いたアレーアンテナの上面図である。放射素子として開口面アンテナを用いた場合、水平偏波と垂直偏波とを単一のアンテナを用いて実現することができる。即ち、図１３に示すように、給電素子２０に取り付けられた偏波共用器の給電点３０ａに電気信号源６ａからのマイクロ波を供給し、給電点３０ｃに電気信号源６ｂからのマイクロ波を供給することによって偏波共用給電素子を構成する。なお、図１２に示す無給電素子２２としては、図１３に示す給電点３０ａ、３０ｂを短絡させた開口面アンテナが用いられる。
【００５０】
また、図１２においては、上述の第２の実施の形態に係るアレーアンテナの場合と同様に偏波共用給電素子２０及び偏波共用無給電素子２２を配置しているが、上述の第１の実施の形態に係るアレーアンテナの場合と同様に給電素子及び無給電素子を配置してもよい。なお、図１２においては、開口面アンテナとしてパラボラアンテナを用いた場合を例としているが、ホーンアンテナやホーンフレクタアンテナ等、その他の開口面アンテナを放射素子として用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】この発明の第１の実施の形態に係るアレーアンテナの一例を示す図である。
【図２】この発明の第１の実施の形態に係る反射板に接続された放射素子の一例を示す図である。
【図３】この発明の第１の実施の形態に係るアレーアンテナのアンテナ利得を示す図である。
【図４】この発明の第２の実施の形態に係るアレーアンテナの一例を示す図である。
【図５】この発明の第２の実施の形態に係るアレーアンテナのアンテナ利得を示す図である。
【図６】この発明の第２の実施の形態に係るアレーアンテナの放射素子として平面アンテナを用いたアレーアンテナの一例を示す図である。
【図７】この発明の第２の実施の形態に係る平面アンテナの一例を示す図である。
【図８】この発明の第２の実施の形態に係るアレーアンテナの放射素子としてループアンテナを用いたアレーアンテナの一例を示す図である。
【図９】この発明の第２の実施の形態に係るループアンテナの一例を示す図である。
【図１０】この発明の第２の実施の形態に係るアレーアンテナの放射素子としてヘリカルアンテナを用いたアレーアンテナの一例を示す図である。
【図１１】この発明の第２の実施の形態に係るヘリカルアンテナの一例を示す図である。
【図１２】この発明の第２の実施の形態に係るアレーアンテナの放射素子として開口面アンテナを用いたアレーアンテナの一例を示す図である。
【図１３】この発明の第２の実施の形態に係る開口面アンテナの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
２・・・給電素子、４・・・無給電素子、６ａ、６ｂ・・・電気信号源、８ａ、８ｂ・・・給電線、１０・・・反射板、１２・・・支持体、２０・・・偏波共用給電素子、２２・・・偏波共用無給電素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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